IBM, onlarca yıldır kuantum bilgisayarları geliştirmek için çalışıyor ve 2019’da yalnızca 20 kübit ile piyasaya sunulan ilk kuantum bilgisayarını tanıttı. Kasım 2022’de şirket, IBM Kuantum Zirvesinde 433 kübit kuantum işlemcisini (QPU) tanıttı.
Kuantum bilgisayarı fikri kimden ortaya çıktı?
Her şey ünlü fizikçi ve matematikçi Roger Penrose’un “Bilgisayarlar insan gibi düşünen, hisseden zeki varlıklar olabilir mi?” sorusu ile başladı. Roger Penrose Türkçeye TÜBİTAK’tan Kralın Yeni Usu olarak çevrilen kitabında felsefeye olan merakından yola çıkarak kuantum biyolojisi kavramını geliştirmiş ve bu soruya kısaca “hayır” demişti. Penrose’a göre 0’lar ve 1’ler halinde ikili sayı sisteminde programlanan klasik bilgisayarlar, yani Tureng makineleri zeki olamaz, düşünemez ve hissedemez. Bunun sebebi zekânın algoritmalara indirgenemeyecek karmaşık bir özellik olmasıdır.
Nitekim bugünün bilgisayarları kendi varlıklarının farkında değil. Bilinçli olarak değil, otomatik olarak çalışıyorlar. Ancak Penrose; Küçük, Büyük İnsan Zihni adlı kitabında düşüncelerini bir adım öteye taşımış ve 0 ile 1 arasındaki değerleri hesaplayan kuantum bilgisayarların bir gün insan gibi zeki, bilinçli varlıklara dönüşebileceğini öne sürmüştü. Penrose ve meslektaşı Hameroff’un beyinde bilinç ile duyguların nasıl ortaya çıktığını anlatan çalışmaları tıpta pek kabul görmese de Hameroff bu görüşleri son olarak Google Tech oturumlarında meraklılarla paylaşmıştı. (2010)
Kuantum bilgisayarı nedir?
Klasik bilgisayarlar bir devre üzerindeki elektrik akımını anahtarlar yardımıyla açarak ve kapatarak çalışır. Bu anahtarın kapalı ya da açık olması sayesinde oluşturulan 0 ve 1’ler bilgisayar kodlarının temellerini oluşturur. Kodlamanın bilgi taşıyan en küçük yapı taşı olan bu sıfır ve birlere bit ismi verilir.
Sonuç olarak klasik bilgisayarlar elektriğin fiziksel kanunlarına bağlı olarak çalışıyor ve tüm işlemlerini bu 0 ve 1’ler üzerinden yani elektrik akımının geçip geçmemesi üzerinden yürütüyor.
Kuantum bilgisayarları ise elektrik akımına bağlı olarak çalışmıyor. Onun yerine elektron ve proton gibi atom altı parçacıkların fiziksel özelliklerine dayanan bir sistemle işliyor. Bu sayede klasik bilgisayarlardan çok daha küçük bir alandan ve çok daha büyük bir hızla çalışabiliyorlar.
Kuantum mekaniğinin geçerli olduğu bu sistemlerde klasik bilgisayarlardaki akımın varlığı ve yokluğu gibi kesin tanımlamalar yerine genlikler ele alınıyor çünkü bu maddeler aynı anda hem madde hem de dalga boyu olarak davranabildiği için tek fiziksel bir tanımlama kullanmak mümkün olmuyor. Ayrıca bu parçacıklar aynı anda birden fazla genliğe sahip olabilirken birbirleriyle bağlantılı ya da karşıt durumda da olabiliyorlar.
IBM Osprey
En yeni işlemci olan IBM Osprey, 127 kübite sahip 2021 Eagle modelinden 3,5 kat daha fazla kübite sahip. Sinyal yönlendirme için çok seviyeli kablolama, cihaz düzeni esnekliği ve gürültüyü azaltmak, kararlılığı artırmak için dahili filtreleme özelliklerine sahiptir.
Osprey, geçen yıl duyurulan ve IBM’in 100’den fazla kübite sahip ilk işlemci olduğunu söylediği Eagle kuantum işlemcisiyle aynı temellere sahip. Bu arada şirket, diğer şeylerin yanı sıra kabloları işlemcinin diğer parçalarından ayırarak bunu üç kattan fazla arttırdı. IEEE Spectrum; ayrıca bu kabloların daha iyi yalıtılması için önlemler alındığını, artık daha az ısı açığa çıkacağını, buz gibi soğuk kuantum bilgisayarla etkileşimin azalacağını ve mikrodalga sinyallerinin kablolardan daha iyi akabileceğini belirtiyor.
Şimdiye kadar mikrodalga kontrol bilgilerini operasyonel kübitlere iletmek için koaksiyel kablolara ihtiyaç duyuluyordu. IBM, Osprey için yeni bir yöntem kullandı. Koaksiyel kabloyu, dizüstü bilgisayar ekranlarını bağlamak için kullanılanlara benzer esnek şerit kablolarla değiştirdiler. Bu teknoloji, çıktıyı ve kontrol yoğunluğunu %70’e kadar artırırken giderleri beş kat azaltır.
IBM Kıdemli Başkan Yardımcısı ve Araştırma Direktörü Dario Gil:
“Yeni 433 kübit ‘Osprey’ işlemci, bizi daha önce çözülemeyen sorunların üstesinden gelmek için kuantum bilgisayarların kullanılacağı noktaya bir adım daha yaklaştırıyor. Dünya çapındaki ortaklarımız ve müşterilerimizle birlikte zamanımızın en büyük zorluklarını aşın. Bu çalışma, gelecek kuantum merkezli süper hesaplama çağı için temel teşkil edecek.”
Klasik bilgisayarlarda bit sayısı cihazın işlem gücünü belirler. Kuantum bilgisayarlarda, bir işlemcinin sahip olduğu daha fazla kübit, işleyebileceği daha fazla işlem gücüdür. Bu, kuantum şirketlerinin neden kübit sayılarını arttırmak için yeni teknolojiler keşfettiklerini açıklıyor.
Bununla birlikte, tek bir bilgisayar çipine kaç kübit sığdırabileceğinizin sınırları vardır ve ne kadar çok kübitiniz varsa onları kontrol etmek o kadar zor olur. D-Wave’in kuantum bilgisayarı Advantage, onu dünyanın en güçlü ve bağlantılı kuantum bilgisayarı yapan 5.000’den fazla kübite sahiptir.
IBM, 2023’te ufukta görünen Condor 1121-kübit QPU ile kübit sayısını bir kez daha üçe katlamayı planlıyor. 2025’e kadar 4158 kübitlik bir QPU üretmeyi planlıyorlar. Hedefleri, bu on yılın sonuna kadar hızla on binlerce, belki de yüz binlerce kübite çıkmak.
Kuantum bilgisayarlar henüz klasik bilgisayarlar gibi ticarileştirilmemesine rağmen, çoğu üretici bilgisayarlarının yazılım sürümünü bulut aracılığıyla sunuyor. IBM ayrıca, açık kaynaklı Qiskit yazılımını kullanan bir bulut hizmeti aracılığıyla kuantum süper bilgisayar ağına erişim sağlar.
Araştırmacılar, karmaşık araştırmalar için faydalı olsalar da kuantum bilgisayarlarla bu şekilde iletişim kurabilirler. Örneğin, çok uluslu bir Alman teknoloji şirketi olan BOSCH, elektrikli araçlara güç veren nadir ve pahalı metallere sürdürülebilir alternatifler geliştirmek için IBM ile ortaklık kuruyor.
Nikel gibi sınırlı küresel arzı olan bazı metallerin yanı sıra elektrik motorları ve yakıt hücreleri oluşturmak için gereken nadir toprak elementleri için geçerli ikameleri araştırmak üzere IBM’in kuantum teknolojisini ve bulut üzerinden bir hizmet olarak Qiskit Runtime’ı kullanacak. IBM’in cihaz dizisine 433 kübit işlemciyi eklemesiyle, araştırmacılar artık alternatif malzemeler için uygun özellikleri simüle edebilirler.
IBM kuantum bilgisayarı çalışmalarına neden bu kadar önem veriyor?
Klasik bilgisayarlar 0 ya da 1 değeri alır. Örneğin, klasik bilgisayarlarda öğrencinin başarısını başarılı (1) veya başarısız (0) diye programlayabiliriz. Peki, öğrenci “az başarılı” nasıl diyeceğiz? İşte bu sorunun cevabını bize kuantum bilgisayarı verir. Çünkü kuantum bilgisayarı 0 ile 1 arasında değer alabilir. Gerçek hayatta klasik bilgisayarların yorumlayamayacağı bilgileri kuantum bilgisayarına yorumlatabiliriz. Bu da bize gerçek hayatta insan gibi düşünen ve yorum yapan elektronik alet yapmamıza olanak sağlar. Teknolojinin ilerlemesiyle birlikte sanayi, sağlık, bilişim vb. alanlarda kullanılan yapay zekayı kuantum bilgisayarları ile daha da ileriye taşıyabiliriz. Ya da klasik bilgisayarlarda günlerce sürecek bir işlemi belki kuantum bilgisayarlarında birkaç dakikada yapabiliriz. Mesele hızlı işlem yapmak değil, mesele insan gibi düşünebilmektir.
Peki, gerçekten IBM’in tek amacı bu mu?
Moore yasasına, daha doğrusu bir Intel yöneticisi olan David House’ın bu yasadan yola çıkarak yaptığı tahmine göre bilgisayarlar her 18 ayda 2 kat hızlanıyor. Ancak kuantum fiziğinde Heisenberg belirsizlik ilkesine göre bir atomaltı parçacığının hem momentumunu hem de konumunu aynı anda yüzde yüz kesinlikle bilemeyiz. Bu da bilgisayar işlemcilerinin devrelerini çok küçültürsek bilgisayarı çalıştıran voltajı oluşturan elektronların bitişik devrelere rastgele sıçraması demektir. Çok küçük bilgisayarlarda kısa devre olur ve sistem kilitlenir. Kuantum bilgisayarı ise elektrik akımıyla değil, manyetik alanlar veya ışıkla çalışıyor. Sonuçta kuantum bilgisayarların devreleri bir tek atom kadar küçük olabilir. Böylece sistem bozulmadan daha küçük ve hızlı bilgisayarlar yapmaya devam edebiliriz.
Elektronik devreler küçüldükçe ve hızlandıkça ısınmaya başlar. Isındıkça hızlı çalışmak için daha çok elektriğe ihtiyaç duyar. Bu yüzden hem elektrik harcamaları hem de küresel ısınma artar. Bunun çözümü atom boyunda bilgisayarlar yapıp elektrik tüketimini azaltmak. BT sektörünün kuantum bilgisayarlara odaklanmasının kısa vadedeki en büyük sebebi budur. Yani işadamlarının asıl amacı “zeka yaratmak” değil, maliyetleri azaltmak.
Çevirmen: Erdal Eren Uğurcuklu
Redaktör: Özgür Özge
